原美國加州獨立系統調度中心主任(CAISO)、市場設計工程師 劉云仁

　　2019年5月18-20日，中關村儲能產業技術聯盟、中國科學院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，原美國加州獨立系統調度中心主任(CAISO)、市場設計工程師 劉云仁在會議上發言。

　　在主題論壇4：“儲能參與與輔助服務市場(現貨市場)價值實現”論壇上，原美國加州獨立系統調度中心主任(CAISO)、市場設計工程師劉云仁介紹了美國加州電力市場中的能量存儲(系統)。

　　以下為發言實錄：

　　原美國加州獨立系統調度中心主任(CAISO)、市場設計工程師劉云仁：

　　謝謝大會邀請我來跟大家分享一下儲能參加加州電力市場的經驗。剛才清華大學的鐘教授已經對儲能參加電力市場和加州的儲能應用已經做了很好的介紹，我現在只是做一點補充。

　　加州是美國人口最多的一個州，面積第三大，大家都知道加州是在美國是非常發達，非常富有的州，不管在什么方面，在高科技創新、科技創新方面是領先世界潮流，而且加州的農業、牧業也是在全美國占領先的地位，包括旅游也是非常先進的。

　　所以在電力工業改革的問題上，加州也是領先世界的潮流。所以在儲能參加電力市場這個問題上，加州也不落后，也是走在世界的最前面。

　　剛才清華的鐘教授已經介紹過，其實儲能最開始在參加電力市場，最好、最多的途徑是以調頻的方式進入電力市場。為什么呢?因為儲能，特別是電池儲能有非常好的反應，反應時間非?？?，調節比較精確，跟蹤指令的性能比較好。所以它是最好的，但是儲能不光是能夠參加調頻，它在其他的電力市場各個領域、各個方面都可以參加。但是主要取決于儲能的時間特性，它根據時間來分，如果在一分鐘之內，幾秒鐘之內的短期儲能，可以減輕頻率的波動問題，可以改善電能的質量，這是最短的，一般來說1分鐘-15分鐘應用是最廣泛的，這個主要改變調頻，還有運行備用，應用最廣泛的在這一點。

　　15分鐘-60分鐘的時段，主要是用于運行備用、附加能量調度。運行備用，雖然國內有8個輔助服務市場已經開始運行，但是我沒有看到一個真正把運行備用當做一個產品，進行購買或者進行補償的，這個是非常重要的運行備用，后面我還會講到這個問題，運行備用是最重要的輔助備用之一。

　　1小時-4小時，負責負荷跟蹤，在加州市場或者電力市場，每小時有小時的發電計劃或者負荷計劃，負荷計劃兩個小時之間會有差異，是以小時來算。這兩者之間有差異，如果跟蹤這兩個小時之間的差異，就需要運行備用。

　　4小時-24小時之間，主要用抽水電站，作為峰谷的調節、能量轉移，低谷的時候抽水、高峰時候放水發電，這個就參加日前能量市場，前面都是參加輔助服務市場，當然也參加實時能量市場，但是4小時-24小時這種長期的儲能裝置主要是參加能量市場，幾天的也是參加能量市場，參加技術組合。我們加州沒有容量市場，在別的州，儲能裝置也能作為容量市場的產品，保證負荷所需要的容量儲備。所以參加市場主要是根據儲能的特征，主要是由儲能時間、充放電所需要的時間來決定它哪一部分市場，

　　美國對儲能參加電力市場還是比較重視，最近在去年2月份FERC公布了Order841命令，命令要求ISO/RTO，美國一共有7個這樣的組織。但是這7個組織有點怪，不屬于FERC管，他自己是一個機構。我下面講FERC的841命令對德州不管用的，德州有自己的政策?！?41”的精神就是要求各個ISO/RTO要修改自己的市場規則，要掃清儲能裝置參加電力市場的障礙，促進儲能裝置參加電力市場提供方便?！?41”具體的要求就是有下面這幾點：

　　所有儲能裝置，電網儲能裝置，剛才鐘老師定義的，電網能夠調度的這些儲能裝置直接連在電網上的。所有的能量、容量、輔助服務都可以提供，可以參加電力市場競爭。它要制訂對于各種儲能裝置參加電力市場需要什么參數，需要什么要求，市場要比較明確的的定義出來。

　　最小尺寸不能小于100千瓦或者0.1MW，這個為配網的儲能裝置進入市場留有余地，現在實際上還沒有做到這一點，一般要求都在一個兆瓦以上，因為這里面有個問題，如果只有0.1兆瓦，我相信所有的優化程序里邊的最小值，這一點技術有困難，真正要實現配網進入電力市場，配網小的儲能裝置要進入市場，可能得打包，我們系統不可能處理那么小的。因為在里邊軟件的極限就是0.1MW，再小的就算不下去了，這個是一個挑戰。

　　另外，儲能裝置要能夠被調度，既可以作為買方，也可以作為賣方在批發市場進行交易，最后按照批發市場的價格進行結算。充電的時候，按照發電的邊際電價支付顛覆，相當于負荷，按照節點電價支付電費。放電的時候要得到補償。

　　FERC要求，去年12月3號以前向FERC提供執行“841”號命令的計劃，在這6個ISO/RTO當中，從這張圖可以看出，這是FERC做的評估，加州是執行的最好的，其他的州各有各的，黃的表示不確定的，紅的是表示不達標，加州所有都達標，從這點來看加州也是走在最前面，做的最好的，具體的大家可以看我的PPT。

　　加州為什么會做的最好?加州從市場開始第一天，我們就有儲能裝置了，但是當時主要的儲能裝置主要是抽水儲能，在市場模型里面就有抽水儲能這種資源的形式，像發電機負荷專門有一種，抽水儲能我把它當做發電資源進入市場模型的，抽水儲能抽水的時候是當負荷用，但是我是按照發電機的模型進入市場的，發電機有負的發電用量，所以是負荷。在發電的時候，就是正規的水電發電機，所以我們原來就有儲能模型在里面了。把其他的儲能裝置納入市場，在加州來說市場模型不需要太大的修改，很容易就做到。

　　另外加州在促進儲能進入市場起步比聯邦還要早，早在2010年加州就通過了州里面的法案，就是AB2514，這個法案就是為儲能裝置進入市場掃清障礙、提供便利，而且設立了，應該是2020年達到132.5萬MW的抽水儲能，不包括抽水儲能，抽水儲能主要還是鋰離子電池，還有一種流動電池，具體的技術我不懂，反正是最新的一種方式。

　　從2016年開始，加州為了促進儲能參加加州市場，加州就分四個階段提出了市場改進的措施，這四個階段現在已經完成了兩個階段，第三個階段正在進行，具體的大家可以看我的PPT，我就不講了。

　　現在儲能裝置作為所有的儲能形式進入加州市場，加州市場專門幫它定義了一種資源模型，叫做NGR非發電資源，NGR跟發電機不一樣，他是可以從負到正進行的一種資源，可以在整個容量范圍，比方從充電到放電，從負到正，他可以連續的調度到任何水平。

　　第二，儲能裝置都有一個最大的能量限制的要求。最大的能量限制，就像手機電池，你有多少毫安，最大你可以充到多少電，最小你不能超出這個限制，你不能一直充電充電，充滿了就不充了。其實這個發電機我們在市場模型上也有限制，它能夠產生電能，也能夠作為需求側去響應的負荷，在需求側減它的負荷，可以作為補償發電這邊。

　　另外，可以發電，所以通過這樣的模型，ISO就為儲能資源參加加州電力市場提供了跟其他的資源平等的機會。

　　NGR有下面這些特性，實際上它的模型比一般的發電機組還簡單，它沒有啟動成本，也沒有關機成本，也沒有最小負荷成本或者轉換成本，它的市場報價不像發電機，發電機在加州市場，在能量市場是可以報10段，不同的容量和價錢，你可以報11對，實際上報10段，但是儲能價值只有兩個價，充電多少錢，或者放電多少錢。不過儲能裝置，按照我的觀察他們在報價的時候基本上都是零報價，零報價保證他參與市場，他肯定中標，因為他的運行成本很低，投資成本現在不講，他另外有政策。作為市場，他既然跟其他的資源一道進入市場參加競爭主要是靠報價，他們基本上用的零報價。這是NGR的特點，NGR有爬坡出力的問題，根據容量來說，爬坡出力都是比較大的，比較好的。他可以充電和放電的時候可能有不同的爬坡出力，這是簡單的模型，詳細情況因為時間關系不詳細講。

　　NGR可以提供能量和輔助服務，各種輔助服務。NRG根據我的觀察，除掉抽水儲能，它可以用于調峰，用于能量計劃，抽水儲能時間長。但是電池主要就是用在調頻上，舉兩個例子，調頻市場的模型，5個電池參加市場，充電時間可以是15分鐘或者放電可以放15分鐘，但是放電功率是有10MW，因為5個電池，在15分鐘放電放完或者充電充滿，充電功率是20MW，參加市場報價就報20M。哪怕日前市場在購買輔助服務，我是購買這20MW，但是15分鐘，我就算它有20個MW參加了日前市場。為什么?調頻這點跟國內可能有些不太一樣，調頻服務是一個非常短暫的服務，是在幾秒鐘到幾分鐘，最多15分鐘之內用的，我不能超過太長，一個調頻機組不可能一直讓它不斷的往上調，很快就會把它消耗光。所以調頻服務必須配有運行備用作為作為補充。調頻是自動執行的，但是調頻往上調的時候，同時我的調度軟件就要調度另外一些機組的備用，把運行備用補上去，把調頻釋放出來。把調頻釋放出來，永遠調頻處于最佳的工作狀態，這樣的話，調頻才能真正達到目的。國內好像沒有意識到這一點，按照國內的市場，所以他購買了調頻，他就按照一小時我要調頻，這樣他就過多的購買了，根本就沒有必要，調頻是15分鐘之內，我不能用完，在15分鐘之內我通過調度別的機組把調頻釋放出來。所以，在算容量的時候，我要按照4倍的容量報價進入市場，往下調也是一樣的道理。

　　關于儲能，雖然我40年前在北京工作的時候我是研究出身，我在中科院電科研究所出來的，基本上我出去以后就沒干儲能了，我就回到電力系統搞電力市場了。儲能其實我是外行，我是在這兒跟大家學習。但是對于輔助服務市場，我可以說我是比較有心得體會的，我做了十多年的輔助服務市場。加州的輔助服務市場很多從設計、實施和運行，基本上我都參加，我都是主要的做貢獻的人所以我對國內的輔助服務市場比較關心、比較關注。我在這方面寫過很多小文章，大篇的文章也寫過一些，我覺得國內的輔助服務市場有很多不足的地方。

　　首先對于輔助服務的含義，比起英文來說中文確實不是很精確，比如調峰應該屬于能量市場，不應該屬于輔助服務市場，調峰國內老要加一個輔助服務，這個東西好像從名詞上說不過去，但是我要了解，因為國內是為了解決他調峰的問題，大家又沒有電力市場，國家又已經批準開放輔助服務市場，我理解是這個意思。實際上大家都有共識，調峰不屬于輔助服務，如果有現貨市場或者調度機構比較厲害，完全不需要調峰，你可以通過計劃安排去安排峰谷的發電，去進行補償，不應該叫調峰輔助服務市場，你可以直接叫調峰市場，我沒意見。第二個，輔助服務市場一定要跟實時市場、實時調度配套，同步進行，如果沒有實時服務、實時市場調度，因為輔助服務主要是為實時運行提供保障的，所以如果你搞輔助服務市場最好跟實時市場、實時現貨市場同步進行。

　　剛才李總講到，輔助服務的補償機制是很不健全的，按發電側來補償，國際上沒有先例，國際都是按負荷分擔，因為負荷享受著穩定的電網，按照負荷比例分擔。他是按照發電側來分擔就非常不充分，最新的資料2018年，包括西北是補償最多的，但是補償費用當中很大比例是調峰，還不是輔助服務，所以輔助服務真正的補償不到0.83%，可能最多只有0.4%，這太少太少了。相比之下，美國加州，我統計2018年的數據，那是去年做的，加州的輔助服務是占總的補償費用的3.3%，比它大得多，而且還不包括在能量實施市場當中調度輔助服務市場的那部分，只是輔助服務容量。輔助服務的補償分兩部分，一部分是容量，你在日前市場上承諾我要提供多少輔助服務，我就得到一部分補償，這部分到了實時市場不管用不用，我都可以得到。但是如果我調用到你了，你沒執行我的調用或者執行當中偏差太大，那我就要懲罰。當我調用到你，那部分調用的能量還有第二次的補償，還不包括第二次調用能量的補償，加州就占3.3%，所以促進了，因為有比較合理的補償，激勵了很多機組，特別是一些比較老的機組，發電效率比較低的機組，他們轉向輔助服務市場，我提供輔助服務市場，我憑我的容量拿一份錢。但是到時候實現承諾了，我還能拿一份錢。所以國內在輔助服務市場方面存在著很多很多的不足，我覺得還大有改進的余地。但是最重要的一點，所謂參加輔助服務市場，一定要跟實時市場同步進行，單獨搞一個輔助服務市場沒有意義，一定要跟調度連在一起。因為輔助服務，我把他買來，承諾好是為了實時用的，沒有實時市場的話，空談。